(最新)實驗九中空纖維超過濾膜分離

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1、實驗九中空纖維超過濾膜分離一、實驗目的1.了解和熟悉超過濾膜分離的工藝過程；2.了解膜分離技術的特點；1.培養(yǎng)膜分離的實驗操作技能。二、實驗原理膜分離法是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化學位差為推動力，對雙組分或多組分的溶質與溶劑進行分離、分級、提純和富集的方法。膜分離法可用于液相和氣相。對于液相分離可用于水溶液體系、非水溶液體系、水溶膠體系以及含有其它微粒的水溶液體系。膜分離包括反滲透、超過濾、電滲析、微孔過濾等。膜分離過程具有無相態(tài)變化、設備簡單、分離效率高、占地面積小、操作方便、能耗少、適應性強等優(yōu)點。目前，在海水淡化、食品加工工業(yè)的濃

2、縮分離、工業(yè)超純水制備、工業(yè)廢水處理待領域的應用越來越多。超過濾是膜分離技術的一個重要分支，通過實驗掌握這項技術具有重要的意義。根據(jù)溶解-擴散模型，膜的選擇透過性是由于不同組分在膜中的溶解度和擴散系數(shù)不同而造成的。若假設組分在膜中的擴散服從Fick定律，則可推出透水速率Fw及溶質透過速率Fs方程。DwcwVM(?p???)'1.透水速率F??A(?p???)wRT?式中：Fw—透水速率，g/cm2·s；D—水在膜中的擴散系數(shù)，cm2·s；wcw—水在膜中的濃度，g/cm3；V—水的偏摩爾體積，cm3/mol；MΔp—膜兩側的壓力差，atm；Δπ—膜兩側的

3、滲透壓差，atm；R—氣體常數(shù)；T—溫度，K；Δ—膜的有效厚度，cm。DcVA′—膜的水滲透系數(shù)（?www），g/cm2·s·atmRT?2.溶質透過速率DK?cDK(c?c)ssss23F???B?c?B(c?c)s23??式中，D—溶質在膜中的擴散系數(shù)，cm2/s；sKs—溶質在溶液和膜兩相中的分配系數(shù)；B—溶質滲透系數(shù)；Δc—膜兩側的濃度差。有了上述方程，下面建立中空纖維在定態(tài)時的宏觀方程。料液在管中流動情況如圖所示。取假設條件：（1）徑向混全均勻；（2）πA=BXA，滲透壓正比于摩爾分數(shù)；（3）NA?NB,XA3?1，B組分優(yōu)先透過；（4）DAM

4、/K·δ，同XA1或K無關；UL0（5）peB???，忽略軸向混合擴散。E由假設看出，其實質是一維問題，只是側壁有液體流出的情況，因為關心的是管中組分的濃度分布，只需做出兩個質量衡算方程即可求解。由連續(xù)性方程：?c?divcu??P?t???dcu0(源項)dx(定態(tài))(無混合擴散)和總流率方程：0J?A?P?A??(c?c)tA113??壓力項滲透項duV[1?r(c?c)w13可推出?（1）dxh式中，h為裝填系數(shù)，對于圓管h=R/2，R為管半徑。A?PV?Wc??A1r?P由溶質A的連續(xù)性方程?cA?divcu??P'AA?t?duccV13W可推

5、出?（2）dxhu實際工作中更關心的是回收率，??1?，因此需要將式（1）和式（2）轉化為Δ、u0c1的方程。d?duhdu?????[1?r(c?c)]（3）?13dxdxVdxdcducVdcducV13W13W?u?c???u?c?11dxdxhdxdxhdcdu1??u??(c?c)（4）13dxdxdcc?cd?113???cxdx1??由流率方程可推出c1與c3的關系，為11c?c{1?lexp[]}13rc???(rc??)33D/L式中??（5）D/K?AMD/K?AM???VW式（3）、（4）為非線性方程，一般只能在特定條件下求得數(shù)值解

6、。但當r=0時，則化為線性微分方程，可求得解析解。附：分光光度計工作原理分光光度計的基本原理是溶液中的物質在光的照射激發(fā)下，產(chǎn)生了對光吸收的效應，物質對光的吸收是具有選擇性的，各種不同的物質都具有各自的吸收光譜，因此當某色光通過溶液時，其能量就會被吸收而減弱，光能量減弱的強度和物質的濃度有一定的比例關系，也即符合與比色原理—比耳定律。T?II0Ilog0?KCLIA?KCL其中：T投射比I0入射比強度I透射光強度A吸光度K吸收系數(shù)L溶液的光經(jīng)長度C溶液的濃度由以上公式可以看出，當入射光/吸收系數(shù)和溶液的光經(jīng)長度不變時，透射光是根據(jù)溶液的濃度而變化的。三、

7、實驗設備、流程和儀器1．主要設備：中空纖維超濾組件透過液出口透過液出口中空纖維束料液進口濃縮液出口中空纖維超濾器示意圖主要參數(shù)：截留分子量，6000過濾面積，2m2適宜流量，400~600ml/min2．實驗流程本實驗將料液—聚乙烯醇水溶液（PVA）—濃縮，料液經(jīng)泵輸送經(jīng)過濾器，然后從下部進入膜組件。將料液分為：（1）透過液—透過膜的稀溶液，該液由流量計計量后入貯罐；（2）濃縮液—未透過膜的PVA溶液（濃度高于料液）。濃縮液經(jīng)轉子流量計計量后回料液貯槽。流程中，漏斗為膜組件加保護液（5%甲醛溶液）用；貯罐為放出保護液的接收容器；過濾器—聚丙烯酰胺蜂房式過

8、濾器，精度為<5μ，作用是攔截料液中的不溶性雜質，以保護膜不受阻塞。3．主要儀器